PR状态方程在超临界喷射模型中的应用.pdf

第41卷第4期
航空发动机
2015年8月
Aeroengine
Aug,2015
PR状态方程在超临界喷射模型中的应用
范珍涔,范玮2,新乐2
(1.中航工业燃气涡轮硏究院,成都610500;2.西北工业大学动力与能源学院,西安710072
摘要:针对超临界流体物性的特殊性,对超临界喷射数值模拟方法进行研究。基于PR状态方程建立了考虑超临界流体特点的
超临界喷射数值模型,并采用该模型对超临界Cz喷射到超临界2环境中的喷射进行了数值模拟。对比研究了采用PR状态方程
的真实气体模型和理想气体模型得出的密度、温度、质量分数分布以及超临界喷射长度和喷射扩张角的变化规律和差异性,并与试
验数据进行了对比。结果表明:2种模型在物性预测上的差异会造成以上喷射特性模拟结果的巨大差异,理想气体模型模拟结果
与试验数据误差很大,利用真实气体模型能够得到与试验数据较为吻合的结果。基于PR状态方程的超临界喷射数值模型准确可
靠,可为碳氢燃料的超临界喷射现象提供参考。
关键词:PR状态方程;超临界喷射;数值模拟;碳氢燃料
中图分类号:V231.2+1文献标识码:Ado:10.13477 cnkiaeroengine.2015.04.003
Application of PR Equation of State in Supercritical Jet Model
FAN Zhen-cen', FAN Wei, JIN Le?
(1. AVC Gas Tu ne In e nd 61 5 Sol of w and n w chca U iv y X 710072
Abstract: Aiming at the particularity of supercritial fluid he numerical simulation method of supercritical jet was studied. The
supercritical jet model was established based on the PR equation of state, the particularity of supercritical fluid was considered. The
injections of superitical and suei al N w simula e using the model The mparison of real gas model with ideal gas model
was numerically investigated, which including density distribution, emperature dist ion, concentration ribution, jet length and jet
spreading angle. The results were verified by e experimen al data. The results show that the jet characteristics simulating results of two
models are significant differential, which is due to the diversity in physical properties estimation. Compared with the ideal gas model, real
gas model was more accurately in simulating supercritical jet characteristics. It could be concluded that the supercritical jet model based on
PR equation of state is correct and reliable, which provide a reference for the supereritical jet phenomena investigation of hydrocarbon fuel
Key words: PR equation of state; supercritical jet; numerical simulation; hydrocarbon fuel
0引言
临界工况,而超临界喷射、蒸发和燃烧过程与常规亚
随着高超声速飞行器的发展,对高性能动力装置:临界工况差别极大。探索液态碳氢燃料的超临界喷射
的需求越来越强烈。随着飞行速度的提高,发动机的:和燃绕机理成为高性能空天动力领域项需解决的关
工作参数将会发生一定改变,其燃烧室中燃烧的初始
键问题之-
环境温度和压力有望超过航空煤油的临界值。另外,;对超临界流体的基础研究表明叫,当典型液态碳
高超声速飞行器对冷却系统的要求不断提高,作为飞:氢燃料一航空煤油处于超临界状态时,其既不属于
行器的惟一自带介质的燃油将作为首选的冷却介质,:液相也不属于气相,煤油的物性表现为既具有液态煤
燃油在冷却机体和发动机热端部件的同时自身温度:油的密度又具有气体的性质,具有等价的气相和液相
也被提升,逐渐达到并超过燃油的临界点温度。因此,密度值,兼具气体的低黏度和液体的高密度以及介于
未来高速飞行器动力装置的燃烧室中必定会出现超?气体和液体之间的高扩散系数等特征,并且其物性参
收稿日期:2014-08-06基金项目:国家自然科学基金(50976094)资助
作者简介:范珍涔(1986),男,博士,工程师,主要从事航空发动机主燃烧室性能设计工作;E-mail: fanzhencend@126com
引用格式:范珍涔,范玮,新乐.PR状态方程在超临界喷射模型中的应用卟航空发动机,2015,41(4):12-17. FAN Thence, FAN Wei,JNLe
Application FPR equation of state n supercritical et model. erengine, 2015, 41(4): 12-17.
万方数括